[发明专利]基于变维贝叶斯的隧道瞬变电磁数据解释方法

说明书

本发明涉及一种基于变维贝叶斯的隧道瞬变电磁数据解释方法，该方法包括使用瞬变电磁仪器，放置于隧道掌子面处进行探测，获取隧道掌子面含水构造的观测数据；对获得的观测数据进行瞬变电磁数据预处理；使用变维贝叶斯算法对预处理后的数据反演，获得掌子面前方所有可能的地质电阻率分布及层界面位置信息，提取其中最大概率对应的电阻率及层界面位置分布信息；根据最大概率地质电阻率分布及层界面位置信息，给出隧道掌子面前方含水构造异常情况，并进行不确定度分析，得出准确的含水构造分布范围。在反演解释隧道掌子面前方低阻异常(含水构造)位置的同时，给出反演结果的不确定度分析，最后给出电阻率分布范围，为隧道工程安全开发提供了预警指导。

技术领域

本发明涉及地球物理信号处理与分析技术研究领域，特别是一种基于变维贝叶斯的隧道瞬变电磁数据解释方法。

背景技术

隧道工程在施工过程中，常面临地下突涌水、塌方等地质灾害，这些灾害不仅会导致施工延误，更会造成隧道坍塌威胁施工人员的生命安全。瞬变电磁法由于具有探测便捷，对地下水体响应灵敏等特征，近年来越来越多被应用在隧道灾害超前地质预测中。

隧道瞬变电磁数据的正确解释十分重要，其决定着施工人员对前方地质情况的正确判断，瞬变电磁法的反演是一个非线性问题，其解通常也是不唯一的，即对于地下模型参数的选择，存在多个或者无穷个地电参数模型能够与实测数据所吻合，而常规瞬变电磁反演方法均只能够给出单个最优解，并不能获得当前反演模型参数的不确定度信息。通常而言，估计参数不确定性或模型非唯一性与估计参数值本身一样重要，尤其对于隧道瞬变电磁法而言，这种缺陷会造成较大的安全威胁。因此，对隧道瞬变电磁数据进行反演解释的同时评估反演结果的不确定性，掌握隧道掌子面前方地质可能性电阻率分布范围，从而准确预测突水层的位置，对隧道工程安全开发具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供基于变维贝叶斯的隧道瞬变电磁数据解释方法，在反演解释隧道掌子面前方低阻异常(含水构造)位置的同时，给出反演结果的不确定度分析，最后给出电阻率分布范围，为隧道工程安全开发提供了预警指导。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于变维贝叶斯的隧道瞬变电磁数据解释方法，该方法包括以下步骤：

S1、使用瞬变电磁仪器，放置于隧道掌子面处进行探测，获取隧道掌子面含水构造的观测数据；

S2、对获得的观测数据进行瞬变电磁数据预处理；

S3、使用变维贝叶斯算法对预处理后的数据反演，获得掌子面前方所有可能的地质电阻率分布及层界面位置信息，提取其中最大概率对应的电阻率及层界面位置分布信息；

S4、根据最大概率地质电阻率分布及层界面位置信息，给出隧道掌子面前方含水构造异常情况，并进行不确定度分析，得出准确的含水构造分布范围。

进一步地，所述步骤S1中的瞬变电磁仪器是适用于隧道探测的小型瞬变电磁系统，采用重叠回线配置，发射系统贴靠掌子面发射双极性梯形波，接收系统同步采集观测信号数据。

进一步地，所述的步骤S1中的隧道掌子面含水构造的探测范围为掌子面前方0至80米以内。

进一步地，所述步骤S2中瞬变电磁数据预处理的具体步骤包括：

1)、将相同测点位置的瞬变电磁观测数据进行叠加，叠加次数与该测点位置上瞬变电磁仪的发射次数一致；

2)、瞬变电磁发射波形为双极性梯形波，对于叠加后的数据将正负极性半周期发射关断后对应的数据相减；

3)、对完成步骤2)操作的测点数据做对数等间隔数据抽道。

进一步地，所述步骤S3中的变维贝叶斯算法的包括如下具体步骤；

①设置反演初始模型及约束参数